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本次量子实验中,2000原子同时存在于两个地方

2019.10.07

新的实验以前所未有的规模从双缝实验中证明了一种奇异的量子效应。分子可以同时出现在两个地方,这要归功于量子物理学。

科学家们早就知道,基于以下几个事实,理论上是正确的:宇宙中的每一个粒子或一组粒子都是波。大的粒子,甚至细菌甚至人类,甚至行星和恒星……波同时占据空间中的多个位置。因此,任何物质块也可以同时占据两个位置。物理学家称这种现象为“量子叠加”,几十年来,他们已经用小粒子证明了这一点。

但是近年来,物理学家们扩大了实验规模,用越来越大的粒子来证明量子叠加。现在,自然物理一个国际研究小组已经使由多达2000个原子组成的分子同时占据两个位置。

实验的时候(不是本次实验),光会通过两个薄片的狭缝,在薄片后面的墙上形成一个干涉图案,或一系列光条纹。但是光被理解为无质量波,不是由粒子组成的东西,所以这并不奇怪。物理学家们发现,通过薄膜或晶体发射的电子会以类似的方式运转,就像在衍射材料后面的墙上形成光一样。

因为物理学家已经知道电子有质量,而且绝对是粒子,所以实验表明,物质既是单个粒子,也是波。

为了完成本次实验,研究人员建造了一台机器,它可以通过一系列带有多个狭缝的栅格和带有多个狭缝的薄片来激发分子束(也被称为氟烷基砜链四苯基卟啉,约为一个简单氢原子质量的25000多倍)。横梁长约2米,科学家们在论文中写道,这足够大,在设计光束发射器时必须考虑到重力和地球自转等因素。为了进行量子物理实验,他们还让分子保持相当的温度。

但是,当研究人员打开机器时,光束远端的探测器显示出了一种干扰模式。这些分子同时占据了空间中的多个点。研究人员写道,这是一个令人兴奋的结果,证明量子干涉的规模比以往任何时候都要大。

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